BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS ANTENA

BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS ANTENA Pengukuran terhadap antena dilakukan setelah antena dirancang. Pengukuran dilakukan untuk dua buah antena yaitu antena mikrostrip array 2 elemen dan antena mikrostrip array 4 elemen. Tujuan pengukuran adalah untuk mengetahui karakteristik antena yang telah dibuat, sehingga bisa diketahui parameter-parameter antena tersebut untuk kemudian dijadikan bahan perbandingan dengan hasil perhitungan secara teori dan hasil simulasi dari software AWR Microwave Office 2004. Hasil pengukuran antena juga akan digunakan sebagai tolak ukur kelayakan antena yang dirancang terhadap spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya kemudian akan dilakukan analisa atas penyimpangan yang terjadi. Pengukuran yang dilakuakan meliputi pengukuran port tunggal (return loss, VSWR, dan impedansi masukan), pengukuran port ganda (pola radiasi) dan pengukuran gain. Pengukuran dilakukuan pada ruangan Anechoic Chamber yang berada pada Departemen Elektro FTUI lantai 4. Ruangan ini mampu menyerap gelombang elektromagnetik sehingga mengurangi pantulan dan interferensi gelombang lain. Hal ini berguna agar tingkat keakuratan hasil pengukuran menjadi lebih presisi.

4.1

PENGUKURAN PORT TUNGGAL

Parameter-parameter antena yang dapat diukur dalam pengukuran port tunggal ini meliputi pengukuran return loss, VSWR, dan impedansi masukan. Pengukuran parameter-parameter tersebut menggunakan alat ukur Network Analyzer 8753E. Adapun prosedur pengukuran pada Network Analyzer (NA) adalah sebagai berikut: 1. Pasang probe 50 ohm pada input NA lalu pilih kalibrasi pada NA. pengukuran port tunggal dilakukan pada port 2 network analyzer. Kalibrasi yang dipakai untuk melakukan pengukuran di sini adalah TUTI 3 yang diatur untuk mengukur parameter pada port 2. Kalibrasi dilakukan untuk validitas pengukuran, dengan cara membuat kondisi alat ukur sesuai standar.

53 Rancang bangun..., Muhammad Fahrazal, FT UI, 2008

2. Setelah kalibrasi selesai hubungkan konektor input 50 ohm pada antena yang akan diukur pada probe yang terpasang di NA. Konfigurasi dapat dilihat pada gambar 4.1.

Network Analyzer

Port 1

Port 2

Gambar 4.1 Konfigurasi pengukuran antena pada Network Analyzer

3. Untuk menampilkan rentang frekuensi sebagai pengamatan, gunakan tombol start dan tombol stop pada NA. Network Analyzer ini hanya dapat menampilkan frekuensi dari 30 KHz sampai 6 GHz. 4. Tampilkan parameter-parameter yang akan dilihat hasil pengukuran dengan menekan tombol format yang terdapat pada NA. Lalu pilih parameter satu persatu, tombol log mag untuk menampilkan grafik return loss terhadap frekuensi kerjanya, tombol SWR untuk menampilkan grafik VSWR terhadap frekuensi kerjanya, dan tombol smithchart untuk menampilkan besar impedansi pada frekuensi kerjanya. Untuk pengukuran bandwidth dapat dilihat dari grafik VSWR terhadap frekuensi kerjanya. Dalam grafik tersebut dapat dilihat frekuensi kerja untuk VSWR = 2 lalu nilai-nilai frekuensi tersebut nantinya disebut frekuensi atas dan frekuensi bawah. Kedua frekuensi tersebut dikurangkan sehingga didapat selisih yang disebut bandwidth. 5. Ambil gambar (foto) hasil pengukuran parameter-parameter tersebut.


4.1.1 Pengukuran Port Tunggal Antena Mikrostrip Array 2 Elemen 4.1.1.1 Pengukuran Return Loss Antena Mikrostrip Array 2 Elemen

Grafik return loss yang didapatkan untuk ketiga frekuensi dari antena mikrostrip array 2 elemen yang telah diukur dapat dilihat pada Gambar 4.2 sampai 4.4.

0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

Frekuensi (GHz)

Gambar 4.2 Grafik return loss antena mikrostrip array 2 elemen pada frekuensi 2,3 GHz

0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

3,5

3,55

Frekuensi (GHz)



0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

6,1

Frekuensi (GHz)


Dari Gambar 4.2 pada band frekuensi 2,3 GHz didapatkan impedansi bandwidth pada 2,31

2,38 GHz (70 MHz) dengan frekuensi kerja (fr) pada 2,34 GHz yang

memiliki return loss minimum -24,52 dB. Dari data tersebut dapat dihitung besar persentase impedance bandwidth menggunakan persamaan 2.45, yang dituliskan kembali sebagai berikut :

BW

fh

fl fc

100%

2,38 2,31 100% 2,33 3%

Pada Gambar 4.3 dengan band frekuensi 3,3 GHz didapatkan impedansi bandwidth pada 3,305

3,4 GHz (95 MHz) dengan frekuensi kerja (fr) pada 3,36 GHz yang memiliki

return loss minimum -23,85 dB. Dari data tersebut dapat dihitung besar persentase impedance bandwidth :

BW

fh

fl fc

100%

3, 4 3,305 100% 3,35 2,83 %





BW

fh

fl

100%

fc

5,822 5,5 100% 5, 71 5, 63 %

Nilai impedansi dari antena mikrostrip array 2 elemen dapat dilihat pada Lampiran 1.3. Untuk bandwidth 2,3 GHz didapatkan nilai impedansi yang mendekati 50

adalah 49,98+16,96j

pada frekuensi 2,34 GHz. Untuk bandwidth 3,3 GHz

di frekuensi 3,36 GHz. Sedangkan untuk

didapatkan nilai impedansi 49,81-j8,84

bandwidth 5,8 GHz bernilai 49,84-j8,82

di frekuensi 5,71 GHz.

4.1.1.2 Pengukuran VSWR Antena Mikrostrip Array 2 Elemen

Grafik VSWR yang didapatkan untuk ketiga frekuensi dari antena mikrostrip array 2 elemen yang telah diukur dapat dilihat pada Gambar 4.5 sampai 4.7.

6 5

VSWR

4 3 2 1 0 2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

Frekuensi (GHz)

Gambar 4.5 Grafik VSWR antena mikrostrip array 2 elemen pada frekuensi 2,3 GHz


6 5

VSWR

4 3 2 1 0 3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

3,5

3,55

Frekuensi (GHz)


6 5

VSWR

4 3 2 1 0 5,2

5,4

5,6

5,8

6

6,2

Frekuensi (GHz) Gambar 4.7 Grafik VSWR antena mikrostrip array 2 elemen pada frekuensi 5,8 GHz

Pada gambar 4.7, nilai VSWR untuk rentang frekuensi 2,3 GHz adalah 1,11. Pada gambar 4.8, nilai VSWR untuk rentang frekuensi 3,3 GHz adalah 1,13. Sedangkan nilai VSWR untuk rentang frekuensi 5,8 GHz adalah 1,206 (Gambar 4.7).


4.1.2 Pengukuran Port Tunggal Antena Mikrostrip Array 4 Elemen 4.1.2.1 Pengukuran Return Loss Antena Mikrostrip Array 4 Elemen

Grafik return loss yang didapatkan untuk ketiga frekuensi dari antena mikrostrip array 4 elemen yang telah diukur dapat dilihat pada Gambar 4.8 sampai 4.9.

0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

Frekuensi (GHz)


0

Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 3,15

3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

3,5

3,55

Frekuensi (GHz)



Return Loss (dB)

0 -5 -10 -15 -20 -25 5,2

5,3

5,4

5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

6,1

Frekuensi (GHz)


Dari Gambar 4.8 pada band frekuensi 2,3 GHz didapatkan impedansi bandwidth pada 2,31


return loss minimum -32,01 dB. Dari data tersebut dapat dihitung besar persentase impedance bandwidth sebagai berikut :

BW

fh

fl fc

100%

2, 472 2,31 100% 2, 404 6, 73 %




BW

fh

fl fc

100%

3, 426 3, 255 100% 3,35 5,1 %


Pada Gambar 4.10 dengan band frekuensi 5,8 GHz tidak dapat ditentukan impedansi bandwidth karena keterbatasan alat dimana frekuensi atas berada diatas 6 GHz, namun band ini memiliki frekuensi kerja (fr) di 5,71 GHz yang mempunyai return loss minimum sebesar -21,56 dB.

4.1.2.2 Pengukuran VSWR Antena Mikrostrip Array 4 Elemen

Grafik VSWR yang didapatkan untuk ketiga frekuensi dari antena mikrostrip array 4 elemen yang telah diukur dapat dilihat pada Gambar 4.11 sampai 4.13.

6 5

VSWR

4 3 2 1 0 2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

2,55

Frekuensi (GHz)


6 5

VSWR

4 3 2 1 0 3,15

3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

3,5

3,55

Frekuensi (GHz)



6 5

VSWR

4 3 2 1 0 5,2

5,4

5,6

5,8

6

6,2

Frekuensi (GHz) Gambar 4.13 Grafik VSWR antena mikrostrip array 4 elemen pada frekuensi 5,8 GHz

Nilai VSWR yang digunakan dalam penelitian ini adalah lebih kecil dari 2 (VSWR < 2). Dalam pengukuran VSWR diperoleh hasil yang mendekati VSWR ideal = 1. Dari Gambar 4.11, nilai VSWR untuk rentang frekuensi 2,3 GHz adalah 1,048. Dari Gambar 4.12, Nilai VSWR untuk rentang frekuensi 3,3 GHz adalah 1,028. Sedangkan nilai VSWR untuk rentang frekuensi 5,8 GHz adalah 1,182 (Gambar 4.13). Nilai VSWR antena mikrostrip array 4 elemen untuk frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz tersebut lebih baik daripada nilai VSWR antena mikrostrip array 2 elemen, namun pada frekuensi 5,8 GHz nilai VSWR menurun tetapi tidak signifikan. Dan dengan nilai VSWR mendekati 1 maka antena semakin mendekati matching sehingga akan mengurangi gelombang pantul. Perbaikan nilai VSWR ini menunjukkan bahwa performa antena meningkat. Nilai impedansi ketiga frekuesi dari antena mikrostrip array 4 elemen dapat dilihat pada Lampiran 1.6. Untuk bandwidth 2,3 GHz didapatkan nilai impedansi yang mendekati 50

adalah 50,43+19,73j

di frekuensi 2,404 GHz. Untuk bandwidth 3,3

GHz didapatkan nilai impedansi 49,78+j12,31

untuk bandwidth 5,8 GHz bernilai 50,27+j15,62

di frekuensi 3,35 GHz. Sedangkan

di frekuensi 5,71 GHz.


4.2

PENGUKURAN POLA RADIASI

Pada pengukuran pola radiasi, dibutuhkan dua buah antena identik yaitu memiliki frekuensi kerja yang sama digunakan sebagai antena pemancar dan penerima. Pengukuran ini tetap menggunakan Network Analyzer. Format pengukuran adalah jenis S21 dimana antena penerima ditaruh pada port 2 dan port 1 diletakkan antena pengirim. Konfigurasi pengukuran port ganda diperlihatkan pada gambar 4.14.

Gambar 4.14 Konfigurasi pengukuran port ganda

Dari gambar di atas, antena pemancar dan penerima dipisahkan sejauh R. Jarak pisah ini harus memenuhi syarat di mana antena bekerja pada medan jauhnya (far-field). Agar dapat bekerja pada medan jauh (far-field) dibutuhkan jarak pisah minimum (rmin), yang besarnya dapat dihitung dengan persamaan 4.1.

rmin

Di mana :

2D 2

(4.1)

rmin = jarak minimum pemancar dan penerima (cm) D = dimensi terbesar dari antena (cm)

= panjang gelombang (cm)

Dimensi terbesar dari antena yang ingin diukur adalah sebesar D = 26 cm. Pengukuran pola radiasi dilakukan di tiga frekuensi pada antena mikrostrip array 4 elemen yaitu frekuensi 2,3 Ghz, 3,3 GHz, dan 5,8 Ghz. Pada frekuensi resonan pertama 2,3 GHz


= 12,87 cm diperoleh jarak minimum sebesar 105,05 cm. sedangkan pada

dengan

frekuensi kedua 3,3 GHz dengan

= 8,95 cm diperoleh jarak minimum sebesar 151,06

cm. Sedangkan pada frekuensi ketiga 5,8 GHz dengan

= 5,25 cm diperoleh jarak

minimum sebesar 257,52 cm. Untuk mencakup ketiga ketiga jarak minimum far field tersebut, maka diambil jarak minimum yang terbesar (rmin

=

257,52 cm). Dengan

deminkian ditentukan jarak pisah antar antena pengirim dan antena penerima untuk pengukuran pola radiasi dan gain adalah sejauh 300 cm. Setelah menentukan jarak antar antena dan antena telah dihubungkan ke port NA (format S21) menggunakan kabel koaksial, kemudian antena penerima diputar dari posisi sudut 00

3600 dengan interval 100. Agar mendapatkan hasil yang akurat, pengukuran

dilakukan sebanyak 2 kali, kemudian akan diambil nilai rata-ratanya. Pola radiasi diukur pada dua bidang yang saling tegak lurus yaitu bidang E dan bidang H untuk mendapatkan gambaran bentuk radiasi dalam ruang. Data hasil pengukuran dapat dilihat pada Lampiran 2 yang diolah menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel 2003 kemudian akan dibuat grafik pola radiasi untuk antena array 2 elmen dan array 4 elemen. Gambar 4.15 sampai 4.17 adalah grafik pola radiasi untuk antena array 2 elemen.

Gambar 4.15 Grafik pola radiasi medan E dan H di frekuensi 2,3 GHz antena array 2 elemen





Dari Gambar 4.15 dapat dilihat bahwa pola radiasi antena mikrostrip array 2 elemen pada frekuensi 2,3 GHz cenderung berbentuk unidirectional baik untuk medan E maupun medan H-nya. Berkas maksimum di mainlobe pada medan E dan medan H adalah pada sudut 0°. Sedangkan pada Gambar 4.16 untuk frekuensi 3,3 GHz pola radiasi untuk medan E dan medan H yang didapatkan berbentuk unidirectional juga dengan mainlobe maksimum berada pada sudut 0°. Pada gambar 4.17 untuk frekuensi 5,8 GHz berkas maksimum medan E mengarah pada sudut 320° sedangkan berkas maksimum medan H mengarah pada sudut 350°.

Gambar 4.18 sampai 4.19 adalah grafik pola radiasi untuk antena array 4 elemen.






Dari Gambar 4.18 dapat dilihat bahwa pola radiasi antena mikrostrip array 4 elemen pada frekuensi 2,3 GHz cenderung berbentuk unidirectional baik untuk medan E maupun medan H-nya. Berkas maksimum di mainlobe pada medan E dan medan H adalah pada sudut 0°. Sedangkan pada Gambar 4.19 untuk frekuensi 3,3 GHz pola radiasi untuk medan E dan medan H yang didapatkan berbentuk unidirectional, dimana pada berkas maksimum medan E adalah pada sudut 0° sedangkan berkas maksimum medan H pada sudut 20°. Pada gambar 4.20 untuk frekuensi 5,8 GHz dapat dilihat bahwa berkas maksimum medan E terjadi di sudut 350° sedangkan berkas maksimum medan H mengarah pada sudut 50°.

4.3

PENGUKURAN GAIN

Ada dua metode untuk mengukur gain absolut. Kedua metode ini adalah metode 2 antena dan metode 3 antena. Kedua metode ini sama-sama menggunakan persamaan Friis seperti ditunjukkan oleh persamaan 3.2.

Got

dB

Gor

dB

20 log10

4 R

10 log10

Pr Pt

(4.2)

Di mana : G = gain absolut (dB); R =

=

jarak pisah antara antena pemancar dan penerima (meter);

panjang gelombang pada frekuensi yang digunakan (meter);

Pt =

daya pengirim (Watt);

Pr =

daya penerima (Watt).

Metode 2 antena dipakai jika antena pemancar dan antena penerima identik (bentuk patch, ukuran patch, gain, pola radiasi, dll). Dengan mengukur R,

, dan

perbandingan Pr/Pt, maka nilai gain antena dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 4.3.

Got

dB

Gor

dB

1 4 R 20 log10 2

10 log10

Pr Pt


(4.3)

Metode 3 antena untuk antena pengirim dan antena penerima tidak harus identik, tetapi harus memiliki frekuensi kerja yang sama. Metode tiga antena tidak memperhitungkan apakah antena tersebut sebagai pengirim atau penerima. Karena menggunakan tiga antena, maka terdapat 3 kombinasi yang mungkin terjadi, yaitu : a. Kombinasi 1-2 :

G1

dB

G2

4 R

20 log10

dB

10 log10

Pr2 Pt1

(4.4)

10 log10

Pr3 Pt1

(4.5)

10 log10

Pr3 Pt2

(4.6)

b. Kombinasi 1-3 : G1

dB

G3

4 R

20 log10

dB

c. Kombinasi 2-3 :

G2

dB

G3

20 log10

dB

4 R

Ketiga persamaan di atas dapat dituliskan sebagai:

(4.7) (4.8) (4.9)

G1 (dB) + G2 (dB) = A G1 (dB) + G3 (dB) = B G2 (dB) + G3 (dB) = C Dengan demikian penyelesaian untuk ketiga persamaan di atas adalah:

G1 ( dB )

1 2

A

B

C

(4.10)

G 2 ( dB )

1 2

A

B

C

(4.11)

G 3 ( dB )

1 2

A

B

(4.12)

C

Rangakain peralatan untuk mengukur gain diperlihatkan pada gambar 4.21.

Gambar 4.21 Rangkaian peralatan untuk mengukur gain


Penelitian ini menggunakan metode 3 antena meskipun terdapat antena single elemen yang identik dan sudah diketahui gainnya. Antena single elemen tersebut diukur kembali untuk mendapatkan gain yang lebih akurat. Hasil perhitungan gain akan diberikan pada Lampiran 3. Gain antena diukur sepenjang frekuensi kerja yang diinginkan. Pada frekuensi 2,3 GHz diukur 2,3

2,4 GHz setiap 10 MHz. Untuk

frekuensi kerja 3,3 GHz diukur dari rentang frekuensi 3,3

3,4 GHz setiap 10 MHz.

Sedangkan untuk frekuensi 5,8 GHz diukur dari 5 GHz sampai 6 GHz setiap 50 MHz. Grafik hasil pengukuran gain untuk antena array 2 elemen dapat dilihat pada Gambar 4.22 sampai 4.24.

16 14 Gain (dBi)

12 10 8 6 4 2 0 2,3

2,31

2,32

2,33

2,34

2,35

2,36

2,37

2,38

2,39

2,4

Frekuensi (GHz)

single elemen

array 2 elemen

array 4 elemen

Gain (dBi)

Gambar 4.22 Gain Antena di frekuensi 2,3 GHz

18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 3,3

3,31

3,32

3,33

3,34

3,35

3,36

3,37

3,38

3,39

3,4

Frekuensi (GHz)

single elemen

array 2 elemen

Array 4 elemen



12

Gain (dBi)

10 8 6 4 2 0 5,3 5,35 5,4 5,45 5,5 5,55 5,6 5,65 5,7 5,75 5,8 5,85 5,9 Frekuensi (GHz)

single elemen

array 2 elemen

array 4 elemen


Dari ketiga gambar diatas, dapat dilihat pada frekuensi 2,3 GHz diperoleh gain sekitar 5 dBi untuk antena single elemen, ±13 dBi untuk antena array 2 elemen, dan ±15 dBi untuk antena array 4 elemen. Sadangkan pada frekuensi 3,3 GHz didapatkan gain sekitar 6 dBi untuk antena single elemen, ±14 dBi untuk antena array 2 elemen, dan ±16 dBi untuk antena array 4 elemen. Dan pada frekuensi 5,8 GHz diperoleh gain sekitar 6 dBi untuk antena single elemen, ±10 dBi untuk antena array 2 elemen, dan ±10,5 dBi untuk antena array 4 elemen. Dari data diatas dapat diambil kesimpulan bahwa antena mikrostrip array 4 elemen memiliki gain lebih tinggi dari antena mikrostrip array 2 elemen dan single elemen di tiga frekuensi WiMAX, dan juga antena mikrostrip array 2 elemen memperoleh gain lebih tinggi dari antena mikrostrip single elemen di tiga frekuensi WiMAX. Dengan demikian, metoda array antena telah membuktikan dapat meningkatkan karakteristik antena khususnya gain antena.


4.4

ANALISIS HASIL SIMULASI DAN PENGUKURAN

Pada sub bab ini akan dianalisis mengenai perbedaan hasil simulasi dengan hasil pengukuran yang meliputi port tunggal dan pola radiasi. Analisis perbedaan hasil tersebut akan diperlihatkan satu per satu untuk dua buah antena mikrostrip triple-band pada WiMAX yaitu antena mikrostrip array 2 elemen dan array 4 elemen. Selain itu akan dihitung persen kesalahan perbedaan hasil simulasi dengan hasil pengukuran.

4.4.1 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran Port Tunggal

Berikut Gambar 4.25 (a), (b), dan (c) menampilkan grafik return loss dari hasil simulasi dan pengukuran untuk antena mikrostrip array 2 elemen untuk ketiga frekuensi WiMAX.

Return Loss (dB)

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

(a)

Return Loss (dB)

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

3,45

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

(b)


3,5

Return Loss (dB)

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 5,3

5,4

5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

(c) Gambar 4.24 Grafik return loss hasil simulasi dan pengukuran antena array 2 elemen (a) frek 2,3 GHz (b) frek 3,3 GHz (c) frek 5,8 GHz

Dari ketiga Gambar 4.24 di atas dapat dilihat bahwa terjadi pergeseran impedansi bandwidth dan frekuensi kerja antena. Meskipun demikian, frekuensi kerja yang didapatkan masih mencakupi frekuensi kerja WiMAX yang diinginkan. Analisis yang dapat diberikan pada perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran untuk ketiga gambar di atas akan diperlihatkan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.3.

Tabel 4.1 Hasil pengukuran dengan hasil simulsi port tunggal array 2 elemen di frekuensi 2,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth

Frekuensi tengah Return loss (di frekuensi resonan) VSWR (di frekuensi resonan)

Hasil Simulasi 2,293 2,409 116 MHz atau 4,87 % 2,38 GHz

Hasil Pengukuran 2,31 2,38 GHz 70 MHz atau 3 % 2,34 GHz

-23,98 dB

-25,11 dB

1,135

1.11

Dapat dilihat pada hasil simulasi dan hasil pengukuran terdapat perbedaan Return loss dan VSWR hasil pengukuran mengalami perbaikan.


Error (kesalahan) didapatkan dengan persamaan :

(4.13) Error =

Data hasil pengukuran - Data hasil simulasi 100% Data hasil simulasi

Berikut diberikan nilai error frekuensi kerja antena berdasarkan Tabel 4.1 (a) : Untuk frekuensi bawah :

Error

fpengukuran fsimulasi x100% fsimulasi

2,31 2, 293 x100% 2, 293

= 0,74 %

Untuk frekuensi atas :

Error


2,38 2, 409 x100% 2, 409

= 1,203 % Tabel 4.2 Hasil pengukuran dengan hasil simulsi port tunggal array 2 elemen di frekuensi 3,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


Hasil Simulasi 3,278 3,403 GHz 125 MHz atau 3,73 %

3,35 GHz

Hasil Pengukuran 3,305 3.4 GHz 95 MHz atau 2,83 % 3,36 GHz

-19,36 dB

-23,85 dB

1,241

1.13

Dapat dilihat pada hasil simulasi dan hasil pengukuran di frekuensi 3,3 GHz terdapat perbedaan. Return loss dan VSWR hasil pengukuran mengalami perbaikan. Berikut diberikan nilai error frekuensi kerja antena berdasarkan Tabel 4.1 (b) :


Untuk frekuensi bawah :

Error


3,305 3, 278 x100% 3, 278

= 0,82%


Error


3, 4 3, 403 x100% 3, 403

= 0,08 %

Tabel 4.3 Hasil pengukuran dengan hasil simulsi port tunggal array 2 elemen di frekuensi 5,8 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


Hasil Simulasi 5,436 5,999 GHz 563 MHz atau 9,82 % 5,73 GHz

Hasil Pengukuran 5,5 5,822 GHz 322 MHz atau 5,63 % 5,71 GHz

-24,73 dB

-24,18 dB

1,123

1,13

Dapat dilihat pada hasil simulasi dan hasil pengukuran di frekuensi 5,8 GHz terdapat perbedaan. Return loss dan VSWR hasil pengukuran mengalami perbaikan. Berikut diberikan nilai error frekuensi kerja antena berdasarkan Tabel 4.1 (c) : Untuk frekuensi bawah :

Error


5,5 5, 436 x100% 5, 436

= 1,17%



Error


5,822 5,999 x100% 5,999

= 3,04 %

Grafik return loss hasil simulasi dan hasil pengukuran pada antena mikrostrip array 4 elemen untuk ketiga frekuensi diperlihatkan pada Gambar 4.26 di bawah ini.

0 Return Loss (dB)

-5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 2,2

2,25

2,3

2,35

2,4

2,45

2,5

3,45

3,5

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

Return Loss (dB)

(a)

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 3,2

3,25

3,3

3,35

3,4

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

(b)


Return Loss (dB)

0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 5,3

5,4

5,5

5,6

5,7

5,8

5,9

6

Frekuensi (GHz)

Simulasi

Pengukuran

(c) Gambar 4.25 Grafik return loss hasil simulasi dan pengukuran antena array 4 elemen (a) frek 2,3 GHz (b) frek 3,3 GHz (c) frek 5,8 GHz

Dari ketiga Gambar 4.26 di atas dapat dilihat bahwa terjadi pergeseran impedansi bandwidth dan frekuensi kerja antena. Meskipun demikian, frekuensi kerja yang didapatkan masih mencakupi frekuensi kerja WiMAX yang diinginkan. Analisis yang dapat diberikan pada perbandingan hasil simulasi dan hasil pengukuran untuk ketiga gambar diatas akan diperlihatkan pada Tabel 4.2. Tabel 4.4 Hasil pengukuran dan hasil simulsi port tunggal array 4 elemen frekuensi 2,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


Hasil Simulasi 2,286 2,404 GHz 118 MHz atau 5 % 2,36 GHz


-21,52 dB

-32,01 dB

1,183

1,051

Berikut diberikan nilai error frekuensi kerja antena berdasarkan Tabel 4.4 : Untuk frekuensi bawah :

Error


2,31 2, 286 x100% 2, 286

= 1,05 % 77 Rancang bangun..., Muhammad Fahrazal, FT UI, 2008


Error


2, 472 2, 404 x100% 2, 404

= 2,82 %

Tabel 4.5 Hasil pengukuran dan hasil simulsi port tunggal array 4 elemen frekuensi 3,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


Hasil Simulasi 3,298 3,433 GHz 135 MHz atau 4 % 3,38 GHz


-20,51 dB

-38,86 dB

1,208

1,023


Error


3, 255 3, 298 x100% 3, 298

= 1,3 %


Error


3, 426 3, 433 x100% 3, 433

= 0,2 %

Tabel 4.6 Hasil pengukuran dan hasil simulsi port tunggal array 4 elemen frekuensi 5,8 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth

Frekuensi kerja Return loss (di frekuensi resonan) VSWR (di frekuensi resonan)

Hasil Simulasi 5,457 6,021 GHz

Hasil Pengukuran

> 6 GHz

5,56

564 MHz atau 9,89 %

5,7 GHz

5,71 GHz

-27,42 dB

-21,56 dB

1,096

1,182



Error


5,56 5, 457 x100% 5, 457

= 1,88 %

Hasil pengukuran nilai return loss dan VSWR di frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz diperoleh hasil pengukuran yang sangat sangat baik jika dibandingkan dengan hasil simulasinya, namun impedansi bandwith menjadi lebih lebar. Sebaliknya pada frekuensi 5,8 GHz nilai return loss dan VSWR memburuk, namun impedansi bandwidth yang diperoleh lebih baik. Kesalahan (error) pengukuran disebabkan beberapa faktor yaitu : kondisi pada saat pengukuran tidak ideal, proses fabrikasi antena yang kurang baik sehingga menyebabkan adanya sedikit kecacatan pada antena, penyolderan konektor SMA dengan saluran pencatu mikrostrip yang kurang baik, dan kondisi lingkungan pengukuran yang masih memungkinkan adanya gelombang pantul yang dihasilkan oleh lantai atau bendabenda di sekitar objek pengukuran.

Perbandingan hasil pengukuran antena mikrostrip array 2 elemen dengan antena mikrostrip array 4 elemen, diperlihatkan pada Tabel 4.7 sampai 4.9. Tabel 4.7 Perbandingan hasil pengukuran array 2 elemen dan array 4 elemen di frekuensi 2,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


array 2 elemen 2,31 2,38 GHz 70 MHz atau 3 % 2,34 GHz

array 4 elemen 2,31 2,472 GHz 162 MHz atau 6,73 % 2,404 GHz

-25,11 dB

-32,01 dB

1.11

1,051


Tabel 4.8 Perbandingan hasil pengukuran array 2 elemen dan array 4 elemen di frekuensi 3,3 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth


array 2 elemen 3,305 3.4 GHz 95 MHz atau 2,83 % 3,36 GHz


-23,85 dB

-38,86 dB

1.13

1,023

Tabel 4.9 Perbandingan hasil pengukuran array 2 elemen dan array 4 elemen di frekuensi 5,8 GHz

Parameter

Impedansi bandwidth



array 4 elemen 5,56 > 6 GHz

-24,18 dB

-21,56 dB

1,13

1,182

5,71 GHz

Berdasarkan pengamatan pada Tabel di atas, di frekuensi 2,3 GHz dan 3,3 GHz, hasil pengukuran port tunggal pada antena mikrostrip array 4 elemen terjadi peningkatan impedansi bandwidth, return loss, dan VSWR jika dibandingkan dengan hasil pengukuran antena mikrostrip array 2 elemen. Namun hal ini berkebalikan di frekuensi 5,8 GHz dimana terjadi penurunan ketiga parameter tersebut.


4.4.2 Analisis Hasil Simulasi dan Pengukuran Pola Radiasi

Grafik pola radiasi dari hasil simulasi dan hasil pengukuran untuk antena mikrostrip array 2 elemen dan array 4 elemen untuk ketiga frekuensi diperlihatkan pada Gambar 4.26 sampai 4.28 secara berurutan.

Gambar 4.27 Grafik pola radiasi antena array 2 elemen dan arary 4 elemen di frekuensi 2,3 GHz




Dari ketiga gambar di atas, hasil pengukuran dari pola radiasi antena mikrostrip array 4 elemen dan antena mikrostrip array 2 elemen memperoleh pola yang mirip hasil simulasi untuk ketiga frekuensi. Analisa pola radiasi kedua antena tersebut telah dibarikan pada sub bab 4.2.


BAB 4 HASIL PENGUKURAN DAN ANALISIS ANTENA

Recommend Documents